[发明专利]一种弱钢性框架式结构的跨尺度零件自动装配装置及方法

权利要求书

1.一种弱钢性框架式结构的跨尺度零件自动装配装置，其特征在于，所述的弱钢性框架式结构的跨尺度零件自动装配装置主要由视觉测量模块、上装调模块、下装调模块和穿丝调心模块组成，四个模块的底部均安装在光学平台(1)上；装置的中部为上装调模块和下装调模块，下装调模块位于上装调模块的下方，穿丝调心模块位于下装调模块的两侧，视觉测量模块位于下装调模块的前侧，用于获取待装配零件的位姿信息；

所述的视觉测量模块，主要由工业相机(4)和三轴精密位移滑台a(3)组成；所述的三轴精密位移滑台a(3)的底部安装在光学平台(1)上，其z轴上设有水平安装座，所述的工业相机(4)固定在水平安装座上，通过三轴精密位移滑台a(3)在三个位移自由度的移动，调整工业相机(4)的位置，获取待装配零件的位姿信息并进行调整，以实现装配精度要求；

所述的上装调模块，主要由三轴精密位移滑台b(14)、真空吸盘(12)、吸盘安装臂(13)和上夹具工装(10)组成；所述的上夹具工装(10)为U型结构，中部的开口卡槽与夹紧杆(31)相配合；上夹具工装(10)的上表面对称设有多个吸盘接触面，与真空吸盘(12)相配合；上夹具工装(10)的侧面安装有涡流片装配机构(9)，涡流片(27)安装在涡流片装配机构(9)的底部，涡流片装配机构(9)上设有涡流片进给丝杆(32)，涡流片进给丝杆(32)的一端固定在上夹具工装(10)上，通过涡流片进给丝杆(32)推动涡流片(27)至装配位置，实现涡流片(27)的装卡；所述的上夹具工装(10)的侧面安装有摆框架安装座(11)，用于安装摆框架(28)，摆框架安装座(11)位于涡流片(27)的一侧，通过涡流片进给丝杆(32)的调节，使涡流片(27)安装在摆框架(28)上；摆框架安装座(11)的中心安装有外反射棱镜(33)，与工业相机(4)相配合，使视觉测量模块采集零件的位置图像；所述的三轴精密位移滑台b(14)，其z轴上安装有吸盘安装臂(13)，用于安装真空吸盘(12)，真空吸盘(12)的盘面向下，三轴精密位移滑台b(14)的底部安装在光学平台(1)上；所述的真空吸盘(12)的底部吸取上夹具工装(10)的上表面，通过三轴精密位移滑台b(14)在三个位移自由度的移动，将上夹具工装(10)移动至装配位置；

所述的下装调模块，主要由精密转台(25)、顶升气缸(22)、锁紧气缸(23)、下夹具工装安装支座(24)和下夹具工装(16)组成；所述的下夹具工装(16)的侧面安装有接线片夹具(34)或玻璃管夹具(15)，接线片夹具(34)与玻璃管夹具(15)的位置与摆框架安装座(11)相对应；所述的接线片夹具(34)用于固定接线片(30)，所述的玻璃管夹具(15)用于固定玻璃管(29)；所述的玻璃管夹具(15)上表面的两端及中部各设有一段悬丝引导槽，悬丝引导槽呈喇叭口，槽体底面呈斜面；相邻两段悬丝引导槽之间设有V型槽，V型槽上设有夹持机构，以实现两个玻璃管(29)的定位与夹紧；

所述的下夹具工装(16)的中心设有竖直阶梯通孔，用于安装弹簧夹紧装置；所述的弹簧夹紧装置主要由夹紧杆(31)和弹簧组成，夹紧杆(31)在竖直阶梯通孔中上下滑动，夹紧杆(31)的底端与顶升气缸(22)相连；弹簧套在夹紧杆(31)上，弹簧的底部与夹紧杆(31)的下端相连接，弹簧的顶部卡在下夹具工装(16)的阶梯孔内，夹紧杆(31)的顶端伸至下夹具工装(16)的外部；所述的精密转台(25)的底部安装在光学平台(1)上，精密转台(25)上安装有下夹具工装安装支座(24)，下夹具工装安装支座(24)的上表面的中心设有通孔，用于顶升气缸(22)顶杆的通过；下夹具工装安装支座(24)的上表面设有多个定位块，所述的下夹具工装(16)安装在下夹具工装安装支座(24)的上表面，通过定位块定位和锁紧气缸(23)锁紧，完成下夹具工装(16)的装卡；所述的顶升气缸(22)和锁紧气缸(23)置于下夹具工装安装支座(24)的底面，通过弹簧夹紧装置与顶升气缸(22)的配合，完成上夹具工装(10)和下夹具工装(16)的合体锁紧；

所述的穿丝调心模块，包括右侧穿丝调整机构和左侧穿丝调整机构；所述的右侧穿丝调整机构主要由右侧悬丝夹钳(17)、微型拉力传感器(18)、直线电机递送机构(19)、右侧精密位移滑台(20)和右侧支座(21)组成；所述的右侧精密位移滑台(20)安装在右侧支座(21)上表面，右侧精密位移滑台(20)上设有水平支撑台，用于安装右侧悬丝夹钳(17)、微型拉力传感器(18)和直线电机递送机构(19)；所述的微型拉力传感器(18)，其一端与直线电机递送机构(19)相连接，另一端与右侧悬丝夹钳(17)相连接，微型拉力传感器(18)用于获取悬丝(26)的张紧力，力信号通过控制回路传至PC机，与预设力阈值进行比较实现对张紧力的闭环控制；所述的左侧穿丝调整机构主要由左侧支座(2)、左侧精密位移滑台(5)、左侧悬丝夹钳安装臂(6)、上夹具工装上料台(7)和左侧悬丝夹钳(8)组成；所述的上夹具工装上料台(7)和左侧悬丝夹钳安装臂(6)安装在左侧精密位移滑台(5)上表面，上夹具工装上料台(7)用于放置上夹具工装(10)，左侧悬丝夹钳(8)的一端固定在左侧悬丝夹钳安装臂(6)的端部；所述的左侧悬丝夹钳(8)与右侧悬丝夹钳(17)的位置相对，二者的夹钳口设有悬丝定位凹槽，悬丝(26)的两端分别固定在左侧悬丝夹钳(8)与右侧悬丝夹钳(17)上；所述的右侧支座(21)和左侧支座(2)的底部安装在光学平台(1)上。

2.一种弱钢性框架式结构的跨尺度零件自动装配方法，采用权利要求1所述的弱钢性框架式结构的跨尺度零件自动装配装置进行装配，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：涡流片(27)的装配：将摆框架(28)装卡在摆框架安装座(11)上，将涡流片(27)装夹在涡流片装配机构(9)上；视觉测量模块动作，将工业相机(4)运动至观测位置，实时观测涡流片(27)装配过程；旋转涡流片进给丝杆(32)，将涡流片(27)推送至装配位置，通过工业相机(4)的反馈完成涡流片(27)的装配并定位；

第二步：接线片(30)的装配：选择安装有接线片夹具(34)的下夹具工装(16)，将接线片(30)装夹在接线片夹具(34)上；将上夹具工装(10)放置在上夹具工装上料台(7)上，下夹具工装(16)通过锁紧气缸(23)装卡在下装调模块的安装位置，顶升气缸(22)伸出，将弹簧夹紧装置的夹紧杆(31)顶起至预设位置；三轴精密位移滑台b(14)动作，真空吸盘(12)吸取上夹具工装(10)并带动上夹具工装(10)移动至待装配位置；视觉测量模块动作，将工业相机(4)运动至观测位置，视觉测量模块获取摆框架(28)相对于接线片(30)的位姿信息，通过三轴精密位移滑台b(14)和精密转台(25)的配合，完成摆框架(28)和接线片(30)相对位置的调整并达到装配精度；调整完成后，三轴精密位移滑台b(14)的z轴下降，上夹具工装(10)和下夹具工装(16)接触，顶升气缸(22)退回，在弹簧夹紧装置在弹簧的作用力下，通过夹紧杆(31)将上夹具工装(10)和下夹具工装(16)锁紧，形成合体工装；真空吸盘(12)松开，上夹具工装(10)与上装调模块分离；锁紧气缸(23)升起，下夹具工装(16)与下装调模块分离；上夹具工装(10)和下夹具工装(16)的合体工装整体拆卸下来；

第三步：悬丝(26)的穿入、调心与固定：完成接线片(30)的装配后，换上安装有玻璃管夹具(15)的下夹具工装(16)，将两个玻璃管(29)装夹在玻璃管夹具(15)上，进行穿丝作业；首先通过右侧精密位移滑台(20)的移动，将右侧悬丝夹钳(17)的夹钳口与玻璃管夹具(15)的悬丝引导槽对准；将悬丝(26)一端装卡在右侧悬丝夹钳(17)上，另一端搭入玻璃管夹具(15)片的悬丝引导槽；视觉测量模块动作，将工业相机(4)运动至观测位置，实时观测悬丝(26)导入过程；通过直线电机递送机构(19)将悬丝(26)穿入，将悬丝(26)通过玻璃管夹具(15)的悬丝引导槽导入到玻璃管(29)中，悬丝(26)穿出左侧玻璃管(29)到达左侧悬丝夹钳(8)，直线电机递送机构(19)停止工作；将左侧悬丝夹钳(8)的螺钉拧紧夹持悬丝(26)左端，右侧悬丝夹钳(17)后退将悬丝(26)张紧，悬丝(26)的张紧力由微型拉力传感器(18)反馈控制；张紧后，通过左侧悬丝夹钳(8)和右侧悬丝夹钳(17)对悬丝(26)进行对中调整，调整量由视觉测量模块反馈；完成对中调整后，将悬丝(26)通过玻璃管夹具(15)两侧的悬丝固定机构固定在玻璃管夹具(15)上；最后将左侧悬丝夹钳(8)和右侧悬丝夹钳(17)松开并退出，完成穿丝、对中与固定；

第四步：玻璃管(29)的装配：玻璃管(29)的装配过程与接线片(30)相同，在接线片(30)配装在摆框架(28)上后，将步骤二中得到合体工装中的下夹具工装(16)的夹紧杆(31)推出，使上夹具工装(10)和下夹具工装(16)分离；再将拆卸下来的上夹具工装(10)安装至上装调模块，与步骤三中的下装调模块相互配合，通过视觉测量模块完成玻璃管(29)在摆框架(28)弯耳内的对中装配；调整完成后，三轴精密位移滑台b(14)的z轴下降，上夹具工装(10)和下夹具工装(16)接触，顶升气缸(22)退回，弹簧夹紧装置在弹簧的作用力下，通过夹紧杆(31)将上夹具工装(10)和下夹具工装(16)锁紧，形成合体工装，完成最后的装配；真空吸盘(12)松开，上夹具工装(10)与上装调模块分离；锁紧气缸(23)升起，下夹具工装(16)与下装调模块分离；上夹具工装(10)和下夹具工装(16)的合体工装整体拆卸下来，零件保持装配位置，进行后续工艺。